WO2005104619A1 - Kraftstoffbehälter - Google Patents

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WO2005104619A1 PCT/EP2005/004026 EP2005004026W WO2005104619A1 WO 2005104619 A1 WO2005104619 A1 WO 2005104619A1 EP 2005004026 W EP2005004026 W EP 2005004026W WO 2005104619 A1 WO2005104619 A1 WO 2005104619A1
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Emanuel Bogdanis
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Daimlerchrysler Ag
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    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/265—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a fuel tank for liquid fuel according to the preamble of claim 1.
  • a heating mat for placing on the outer surface of a container which is equipped with a heating element that contains a heating conductor.
  • the heating conductor is arranged in an electrically insulating carrier.
  • the heating conductor is arranged in a possibly curved plane within the carrier, in such a way that it is more on the side surface facing the lateral surface than on the freely facing outside facing opposite side surface.
  • a device for heating diesel fuel is provided from US Pat. No. 6,380,532 B1 in order to prevent the fuel from coagulating or gelling during extremely cold temperatures.
  • the device comprises a mat of flexible material which contains the heating element.
  • a lead is connected to the heating element which is suitable for supplying electricity.
  • the mat is attached to the diesel tank by means of a detachable support and the line is connected to a Power source to keep the fuel in a liquid state.
  • a disadvantage of the use of heating wires is on the one hand an inhomogeneous heating of a surface, and on the other hand the element for heating fails completely if a heating wire is damaged.
  • the invention is based on the technical problem of providing a fuel tank of the type mentioned at the outset, which keeps the diesel fuel in a liquid state at very low temperatures with comparatively little effort.
  • the invention solves this problem by providing a fuel tank with the features of claim 1.
  • the fuel tank according to the invention for liquid fuel in particular for internal combustion engines in motor vehicles, comprises a connection for a fuel intake line and a connection for a fuel return line and a heating device, the heating device being a Is a heating disc, which is arranged in the outer region at the bottom of the fuel tank in the area of the fuel intake line.
  • the heating disc is a temperature-stable, electrically insulating substrate which has an electrically conductive surface coating and connection electrodes.
  • the electrically conductive surface coating consists essentially of a metal oxide layer.
  • the metal oxide layer has indium oxide (In 2 0 3 ) or tin dioxide (Sn0 2 ).
  • the metal oxide layer is doped with at least one element made of indium, boron, aluminum, antimony, fluorine, zinc and / or tin.
  • the substrate consists of hard glass, quartz glass or glass ceramic.
  • the heating disc has a very high radiation proportion of approximately 80%, wherein the radiant heat can be radiated almost unilaterally towards the fuel tank bottom.
  • the heating disk has surface temperatures of up to 250 ° C.
  • the power density of the heating disc is up to 1 watt / cm 2 .
  • the heating disc can be switched on and off by means of a button.
  • the heating disk is connected to the fuel tank via a plate.
  • the plate is preferably fastened to tensioning straps which serve to hold the fuel tank on the vehicle frame.
  • the heating disk can also be connected to the fuel tank by means of a suitable sealant and / or adhesive.
  • Fig. 1 shows a preferred arrangement of the device according to the invention.
  • the fuel tank 1 according to the invention shown in FIG. 1 has a plate 3 fastened between two tensioning straps 2 below the tank bottom l ⁇ , on which the heating device 4, which is located in a holder (not shown), is mounted in the area of a suction point 5 for the fuel, between Heating device 4 and container bottom l ⁇ an air gap of preferably about 2 to 3 mm is to be provided.
  • the heating device can consist of one or more modules, ie heating disks.
  • the heating disc 4 which is spaced from the container base 1 ′, from dirt, it can additionally be connected directly to the container base 1 ⁇ in the region of the air gap using a suitable, heat-conducting sealant.
  • a suitable, heat-conducting sealant for example, compounds based on silicone rubber are suitable as sealants.
  • a primer may be provided for better adhesion of the sealant, 1 x both on the surface of the fuel tank bottom and on the bottom l ⁇ of the fuel tank facing surface of the heating disc 4, a primer may be provided. If compounds based on silicone rubber are used as sealants, reactive silanes or silicone resins, for example, are suitable for priming.
  • the heating disk 4 itself can also be in a curved or curved shape adapted to the tank, in order to optimally adapt to the outer circumference or profile of a fuel tank 1 with a curved, convex or even round tank bottom l ⁇ .
  • This curvature can be carried out by a heating disc 4 or by a corresponding arrangement of several flat heating discs 4 at a certain angle to one another.
  • a conventional tank protection in the form of steel plates can also be attached around the heating disc 4 mounted on a plate 3, which, for example by encapsulation or in another suitable form, protects this arrangement or the entire fuel tank bottom, in particular while driving, from further damage , such as by impact, stone chips or dirt.
  • the heating disk 4 is a monolithic or multilayer substrate, not shown separately, made of hard, quartz glass or glass ceramic with a thin, conductive surface coating based on at least one metal oxide.
  • the transparent surface coating serving as a heating element which can be a multi-layer system, is expediently protected against mechanical and atmospheric influences by the surface coating within at least two interconnected glass panes, which are also spaced apart by an air gap filled with an inert gas can, on the inside of the tank bottom Single glass pane arranged.
  • the heating disk 4 can be switched on and off very quickly and, due to its low heat capacity and low thermal inertia, already reaches its final temperature after a relatively short duration (a few minutes), and likewise after the power supply has been switched off cools down quickly.
  • the vehicle electrical system, an additional generator, 220 V house power etc. are suitable as a voltage source.
  • Such coated heating disks advantageously reach 4 surface temperatures of up to 250 ° C. as a continuous output with a very high proportion of radiant heat and power densities of up to 1 watt / cm 2 .
  • Glass with conventional heating conductors only perform between 0.03 and 0.09 watts / cm 2 .
  • heating devices 4 heat up in an extremely advantageous manner only by directed heat radiation and thus reduce heat losses as they occur in the prior art.
  • the problem of diesel fuel at temperatures below -20 ° C. and of the inhomogeneous fuel quality in overseas markets, which leads to different cold behavior, to gel or flocculate can be solved in a simple and inexpensive manner by the advantages according to the invention.
  • the heating device 4 can be switched on and off via a switch (not shown) or a pushbutton or sensor device, this device preferably in the driver's cab or the Driver's cabin is arranged. Since the heating device 4 is only to be switched on when the engine is in operation, the alternator supplies sufficient current and at negative outside temperatures, a control or regulating device with an input for a switch or a pushbutton or sensor device is an input for the engine operating data and an input for the power of the alternator is provided, which controls or regulates the commissioning of the heating device on the basis of a stored map. In order to be able to switch on the heating device even when the vehicle is stationary, a connection to voltage sources, such as, for example, to an additional generator or to a 220 volt house current, is provided.
  • a connection to voltage sources such as, for example, to an additional generator or to a 220 volt house current

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter (1) für flüssigen Kraftstoff, insbesondere für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, mit einem Anschluss für eine Kraftstoffansaugleitung (5) und einem Anschluss für eine Kraftstoffrückführleitung und mit einer Heizvorrichtung (4), wobei die Heizvorrichtung (4) eine Heizscheibe ist, welche im Außenbereich am Boden (1`) des Kraftstoffbehälters (1) im Bereich der Kraftstoffansaugleitung (5) angeordnet ist.

Description

DaimlerChrysler AG
Kraftstoffbehälter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffbehälter für flüssigen Kraftstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 32 30 421 AI ist eine Heizmatte zum Anlegen an die Mantelfläche eines Behälters bekannt, welche mit einem Heizelement ausgestattet ist, das einen Heizleiter enthält. Der Heizleiter ist in einem elektrisch isolierenden Träger angeordnet. Um das Heizelement mit geringerer Stärke und einfachen Mitteln bei bevorzugtem Wärmeübergang auf den Kraftstofffilter fertigen zu können, ist der Heizleiter in einer ggf. gekrümmten Ebene innerhalb des Trägers angeordnet, derart, dass es mehr an der der Mantelfläche zugewandten Seitenfläche als an der frei nach außen weisenden gegenüberliegenden Seitenfläche liegt.
Aus der US 6,380,532 Bl ist eine Vorrichtung zum Heizen von Diesel-Kraftstoff vorgesehen, um ein Koagulieren oder Gelieren des Kraftstoffs während extrem kalter Temperaturen zu verhindern. Die Vorrichtung umfasst eine Matte aus flexiblem Material, welche das Heizelement enthält. Eine Leitung ist mit dem Heizelement verbunden, die geeignet ist, um Strom zu liefern. Die Matte ist mittels lösbarer Träger am Dieseltank befestigt und die Leitung ist verbunden mit einer Stromquelle, um den Kraftstoff in einem flüssigen Zustand zu halten.
Nachteilig bei der Verwendung von Heizdrähten ist zum einen eine inhomogene Beheizung einer Fläche, zum anderen fällt bei Beschädigung eines Heizdrahtes das Element zum Heizen komplett aus.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Kraftstoffbehälters der eingangs genannten Art zugrunde, der mit vergleichsweise geringem Aufwand den Dieselkraftstoff bei sehr tiefen Temperaturen in flüssigem Zustand hält .
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Kraftstoffbehälters mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der erfindungsgemäße Kraftstoffbehälter für flüssigen Kraftstoff, insbesondere für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, umfasst einen Anschluss für eine Kraftstoffansaugleitung und einen Anschluss für eine Kraftstoffruckführleitung und eine Heizvorrichtung, wobei die Heizvorrichtung eine Heizscheibe ist, welche im Außenbereich am Boden des Kraftstoffbehälters im Bereich der Kraftstoffansaugleitung angeordnet ist.
Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Kraftstoffbehälter ist die Heizscheibe ein temperaturstabiles, elektrisch isolierendes Substrat, das eine elektrisch leitende Oberflächenbeschichtung und Anschlusselektroden aufweist.
In einer Weiterbildung nach Anspruch 3 besteht die elektrisch leitende Oberflächenbeschichtung im wesentlichen aus einer Metalloxidschicht . In einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 4 weist die Metalloxidschicht Indiumoxid (ln203) oder Zinndioxid (Sn02) auf.
In einer alternativen Weiterbildung nach Anspruch 5 ist die Metalloxidschicht mit mindestens einem Element aus Indium, Bor, Aluminium, Antimon, Fluor, Zink und/oder Zinn dotiert.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 besteht das Substrat aus Hartglas, Quarzglas oder Glaskeramik.
Bei einem nach Anspruch 7 weitergebildeten Kraftstoffbehälter weist die Heizscheibe einen sehr hohen Strahlungs ärmeanteil von ca. 80% auf, wobei die Strahlungswärme nahezu einseitig gerichtet in Richtung Kraftstoffbehälterboden abstrahlbar ist .
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 weist die Heizscheibe Oberflächentemperaturen von bis zu 250°C auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 9 beträgt die Leistungsdichte der Heizscheibe bis zu 1 Watt/cm2.
Bei einem nach Anspruch 10 ausgestalteten Kraftstoffbehälter ist die Heizscheibe über einen Taster ein- und ausschaltbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 11 ist die Heizscheibe über eine Platte mit dem Kraftstoffbehälter verbunden. Bevorzugt ist die Platte an Spannbändern befestigt, die der Halterung des Kraftstoffbehälters am Fahrzeugrahmen dienen. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 12 ist die Heizscheibe mit dem Kraftstoffbehälter zusätzlich mittels eines geeigneten Dichtmittels und/oder Klebers verbindbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der Beschreibung .
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter beschrieben.
Dabei zeigt auf schematische, vereinfachende Weise:
Fig. 1 eine bevorzugte Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Kraftstoffbehälter 1 weist eine zwischen zwei Spannbändern 2 unterhalb des Behälterbodens lλ befestigte Platte 3 auf, auf der die sich in einer nicht gezeigten Halterung befindliche Heizvorrichtung 4 im Bereich einer Ansaugstelle 5 für den Kraftstoff montiert ist, wobei zwischen Heizvorrichtung 4 und Behälterboden lλ ein Luftspalt von vorzugsweise ca. 2 bis 3 mm vorzusehen ist. Die Heizvorrichtung kann aus ein oder mehreren Modulen, d.h. Heizscheiben, bestehen. Um die vom Behälterboden 1' beabstandete Heizscheibe 4 vor Verschmutzung zu schützen, kann diese im Bereich des Luftspalts noch zusätzlich mit einem geeigneten, wärmeleitenden Dichtmittel direkt mit dem Behälterboden lλ verbunden werden. Als Dichtmittel eignen sich beispielsweise Verbindungen auf Basis von Silikonkautschuk. Zur besseren Haftung des Dichtmittels kann sowohl an der Oberfläche des Kraftstoffbehälterbodens 1 x wie auch an der dem Boden lλ des Kraftstoffbehälters zugewandten Oberfläche der Heizscheibe 4 eine Grundierung vorgesehen sein. Im Falle der Verwendung von Verbindungen auf Basis von Silikonkautschuk als Dichtmittel eigenen sich beispielsweise reaktionsf hige Silane bzw. Silikonharze zur Grundierung .
Die Heizscheibe 4 selbst kann auch in gebogener oder gewölbter, dem Tank angepasster Form vorliegen, um sich so optimal dem Außenumfang oder Profil eines Kraftstoffbehälters 1 mit gewölbtem, konvexen oder gar runden Behälterboden lλ anzupassen. Diese Wölbung kann durch eine Heizscheibe 4 oder durch entsprechende Anordnung mehrerer ebener Heizscheiben 4 in einem bestimmten Winkel zueinander ausgeführt sein. Als mechanischer Schutz kann ferner um die auf einer Platte 3 montierte Heizscheibe 4 herum noch ein herkömmlicher Tankschutz in Form von Stahlplatten angebracht sein, der beispielsweise durch Umkapselung oder in anderer geeigneter Form diese Anordnung oder den gesamten Kraftstoffbehälterboden, insbesondere während der Fahrt, vor weiteren Schädigungen, wie zum Beispiel durch Stoß, Steinschlag oder Schmutz, schützt.
Bei der Heizscheibe 4 handelt es sich um eine monolithisches oder mehrschichtiges, nicht gesondert gezeigtes Substrat aus Hart-, Quarzglas oder Glaskeramik mit einer dünnen, leitfähigen Oberflächenbeschichtung auf Basis mindestens eines Metalloxids. Dabei wird die als Heizelement dienende transparente Oberflächenbeschichtung, bei der es sich um ein Mehrschichtsystem handeln kann, zweckmäßigerweise gegen mechanische und atmosphärische Einflüsse geschützt, indem die Oberflächenbeschichtung innerhalb von mindestens zwei miteinander verbundenen Glasscheiben, welche auch durch einen mit einem Edelgas gefüllten Luftspalt voneinander beabstandet sein können, auf der Innenseite der zum Tankboden weisenden Einzelglasscheibe angeordnet. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Heizscheibe 4 sehr schnell aus- und eingeschaltet werden kann und aufgrund ihrer geringen Wärmekapazität und geringen thermischen Trägheit nach relativ kurzer Dauer (wenige min) bereits ihre Endtemperatur erreicht, und nach Abschalten der Stromversorgung ebenso schnell abkühlt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Flächenwiderstand R = p/d (p = spezifischer Widerstand der Metalloxidschicht, d = Schichtdicke) der elektrisch leitfähigen Oberflächenschichten so gewählt werden kann, dass sie nach Anbringen der Elektroden mit verschiedenen Spannungsquellen betrieben werden können, wobei der Spannungsbereich von 12 Volt bis 660 Volt reicht. Prinzipiell eigenen sich das Bordnetz des KFZ, ein Zusatzgenerator, 220 V Hausstrom etc. als Spannungsquelle. Vorteilhafterweise erreichen solche beschichteten Heizscheiben 4 Oberflächentemperaturen von bis 250°C als Dauerleistung mit sehr hohem Strahlungswärmeanteil und Leistungsdichten von bis zu 1 Watt/cm2. Glas mit herkömmlichen Heizleitern leisten nur zwischen 0,03 und 0,09 Watt/cm2.
Ferner heizen diese Heizvorrichtungen 4 in äußerst vorteilhafterweise nur nach oben durch gerichtete Wärmestrahlung und reduzieren somit Wärmeverluste wie sie im Stand der Technik auftreten. Das Problem des Dieselkraftstoffs bei Temperaturen unter -20°C und der in Überseemärkten inhomogenen Kraftstoffqualität, der zu einem unterschiedlichen Kälteverhalten führt, zu gelieren oder auszuflocken, kann durch die erfindungsgemäßen Vorteile in einfacher und kostengünstiger Weise gelöst werden.
Die Heizvorrichtung 4 ist über einen nicht gezeigten Schalter oder eine Tast- oder Sensorvorrichtung ein- und ausschaltbar, wobei diese Vorrichtung bevorzugt im Fahrerhaus bzw. der Fahrerinnenkabine angeordnet ist. Da die Heizvorrichtung 4 nur zugeschaltet werden soll, wenn der Motor in Betrieb ist, die Lichtmaschine genügend Strom liefert und bei negativen Außentemperaturen, ist eine Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung mit einem Eingang für einen Schalter oder eine Tast- oder Sensorvorrichtung, einem Eingang für die Motorbetriebsdaten und einem Eingang für die Leistung der Lichtmaschine vorgesehen, die die Inbetriebnahme der Heizvorrichtung auf Basis eines hinterlegten Kennfeldes steuert oder regelt. Um die Heizvorrichtung auch bei Stillstand des Fahrzeuges zuschalten zu können, ist ein Anschluss an Spannungsquellen, wie z.B. an einen Zusatzgenerator oder an einen 220 Volt Hausstrom, vorgesehen.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Kraftstoffbehälter (1) für flüssigen Kraftstoff, insbesondere für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, mit einem Anschluss für eine Kraftstoffansaugleitung und einem Anschluss für eine Kraftstoffruckführleitung und mit einer Heizvorrichtung (4) , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (4) eine Heizscheibe ist, welche im Außenbereich am Boden (lλ) des Kraftstoffbehälters (1) im Bereich der Kraftstof ansaugleitung (5) angeordnet ist .
2. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizscheibe (4) ein temperaturstabiles, elektrisch isolierendes Substrat ist, das eine elektrisch leitende Oberflächenbeschichtung und Anschlusselektroden aufweist .
3. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Oberflächenbeschichtung im wesentlichen aus einer Metalloxidschicht besteht.
4. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxidschicht Indiumoxid (ln203) oder Zinndioxid (Sn02) aufweist.
5. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxidschicht mit mindestens einem Element aus Indium, Bor, Aluminium, Antimon, Fluor, Zink und/oder Zinn dotiert ist.
6. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Hartglas, Quarzglas oder Glaskeramik besteht.
7. Kraftstoffbehälter nach einem der vorangegangenen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizscheibe (4) einen sehr hohen Strahlungswärmeanteil von ca. 80% aufweist, wobei die Strahlungswärme nahezu einseitig gerichtet in Richtung Kraftstoffbehälterboden (lλ) abstrahlbar ist.
8. Kraftstoffbehälter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizscheibe (4) Oberflächentemperaturen von bis zu 250°C aufweist.
9. Kraftstoffbehälter nach einem der vorangegangenen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsdichte der Heizscheibe (4) bis zu 1 Watt/cm2 beträgt.
10. Kraftstoffbehälter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizscheibe (4) über einen Schalter oder eine Tast- oder Sensorvorrichtung ein- und ausschaltbar ist.
11. Kraftstoffbehälter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Heizscheibe (4) über eine Platte (3) mit dem Kraftstoffbehälter verbindbar ist .
12. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizscheibe (4) mit dem Kraftstoffbehälter (1) zusätzlich mittels eines geeigneten Dichtmittels und/oder Klebers verbindbar ist.
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